JP2006164826A - Battery pack - Google Patents

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Shoichi Toya
正一 遠矢
Masahiro Seki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack capable of performing temperature control on a plurality of unit cells with higher reliability than a conventional one and allowing a safety mechanism to operate satisfactorily, in spite of being relatively low in cost. <P>SOLUTION: A band-shaped heat-sensitive element 5 formed by laminating first and second films 6a, 6b on a resistance wire 50 made of a nickel wire is wound integrally around the periphery of each of the unit cells 2a to 2f of the battery pack 1, and both ends of the resistance wire 50 are connected to an MPU 301 of a breaking circuit 300 to thereby measure a change in electrical resistance. When an abnormal temperature has occurred in any of the unit cells 2a to 2f and the electrical resistance of the resistance wire 50 has increased to a certain specific range by a thermal change, the MPU 30 switches off FET elements Q1 to Q4 provided on external input/output lines 7a, 7b and thereby interrupts the conduction of the external input/output lines 7a, 7b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、素電池の異常温度上昇時にパック電池の入出力を遮断する技術に関する。   The present invention relates to a technology for shutting off input / output of a battery pack when an abnormal temperature rise of the battery cell.

携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、また電動工具、電気自動車などの電源として、パック電池が広く用いられている。
パック電池は、直列または並列に電気接続された複数の素電池（セル）、特に二次電池を主として構成されるが、素電池の種類や使用条件等によって、素電池を管理する必要が生じることがある。このためパック電池は、場合によっては前記素電池に加え、温度ヒューズ、温度センサや保護回路を電気的に接続した状態で、これをプラスチックケースや樹脂フィルム等の絶縁素材で被覆して構成される。 Pack batteries are widely used as power sources for mobile phones, personal digital assistants (PDAs), electric tools, electric vehicles, and the like.
The pack battery is mainly composed of a plurality of unit cells (cells) that are electrically connected in series or in parallel, in particular, a secondary battery. However, it is necessary to manage the unit cells depending on the type and use conditions of the unit cells. There is. Therefore, in some cases, the battery pack is configured by covering the unit cell with an insulating material such as a plastic case or a resin film in a state where a temperature fuse, a temperature sensor and a protection circuit are electrically connected. .

保護回路は、例えばリチウムイオン電池等の過充電・過放電を防止するための電圧管理等の目的で用いられる。
温度ヒューズや温度センサは、素電池の温度管理を行うためのものであって、異常温度上昇時における安全機構動作を目的として、パック電池のメイン回路における外部入力経路や外部出力経路を遮断するように配設される。これについては例えば特許文献１において、複数の二次電池を薄板テープ状の熱伝導体で共通に熱結合させ、当該熱伝導体の一部領域に温度センサ（サーミスタ素子）を設け、電池の温度管理を行う技術が開示されている。 The protection circuit is used for the purpose of voltage management for preventing overcharge / overdischarge of, for example, a lithium ion battery.
Thermal fuses and temperature sensors are used to manage the temperature of unit cells, and are designed to shut off the external input path and external output path in the main circuit of the battery pack for the purpose of operating safety mechanisms when abnormal temperatures rise. It is arranged. In this regard, for example, in Patent Document 1, a plurality of secondary batteries are thermally coupled in common with a thin tape-shaped heat conductor, a temperature sensor (thermistor element) is provided in a partial region of the heat conductor, and the temperature of the battery A technique for performing management is disclosed.

なお温度ヒューズの種類としては、いわゆるＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）やＮＴＣ素子（Ｎｅｇａｔｉｖｅ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、サーミスタ素子の他、特許文献２に開示されているように、容器内に温度ペレットとリード線、電極線を配した構成を持ち、温度上昇に伴い温度ペレットが昇華することで、リード線と電極線の通電が解かれるようにする技術が考案されている。
特開平７−３０７１７１号公報 特開平９−６３４４１号公報 In addition to the so-called PTC element (Positive Temperature Coefficient), NTC element (Negative Temperature Coefficient), thermistor element, and the like, as disclosed in Patent Document 2, there are temperature pellets, lead wires, and electrode wires in the container. A technology has been devised in which the conduction of the lead wire and the electrode wire is released by sublimating the temperature pellet as the temperature rises.
JP-A-7-307171 Japanese Patent Laid-Open No. 9-63441

しかしながら従来のパック電池においては、これに含まれる各素電池について、以下の理由で十分な温度管理がなされているとは言い難い現状にある。
例えば特許文献１に開示された技術では、各素電池を熱抵抗線で熱結合させ、これを温度センサで間接的に熱管理する構成であるため、センサが設けられる位置から遠ざかるにつれて、その素電池の温度管理にずれが生じやすくなる。 However, in the conventional battery pack, it is difficult to say that sufficient temperature management is performed for each unit cell included therein for the following reason.
For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, each unit cell is thermally coupled with a thermal resistance wire, and this is indirectly heat-managed with a temperature sensor. Therefore, as the sensor is moved away from the position where the sensor is provided, Deviation tends to occur in battery temperature management.

また、別の従来技術として、複数の素電池の内のいずれかをモニター電池として選択し、当該モニター電池について温度測定を行う構成も存在するが、この場合は当然ながらモニター電池以外の電池が異常温度を生じても検出されないので、これも温度管理が不十分な面がある。
このような温度管理の課題をを改善するためには、例えば各素電池のそれぞれに対して、特許文献２に示す温度ヒューズやＰＴＣ素子を熱結合させて、個別管理することが考えられるが、素電池の数に比例して素子が必要となるのでコストの問題も生じるほか、回路構成もその分複雑になる。 As another conventional technique, there is a configuration in which any one of a plurality of unit cells is selected as a monitor battery and the temperature of the monitor battery is measured. In this case, of course, batteries other than the monitor battery are abnormal. Even if the temperature is generated, it is not detected, so this also has an insufficient temperature control.
In order to improve such a temperature management problem, for example, for each of the unit cells, it is conceivable that the thermal fuse and the PTC element shown in Patent Document 2 are thermally coupled and individually managed. Since elements are required in proportion to the number of unit cells, there is a problem of cost and the circuit configuration is complicated accordingly.

本発明は以上の課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、比較的低コストでありながら、複数の素電池の温度管理を従来に比べて確実に行い、良好に安全機構を作動させることの可能なパック電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to perform temperature management of a plurality of unit cells more reliably than in the past while being relatively low cost, and to provide a satisfactory safety mechanism. The object is to provide a battery pack that can be operated.

上記課題を解決するために、本発明は、電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池であって、抵抗線を有する長尺状の感熱体が、前記素電池の２個以上に跨ってその各周面に被着され、前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、前記抵抗線の電気抵抗値が制御信号として入力されており、前記遮断回路は、前記制御信号が示す前記抵抗線の電気抵抗値の大きさに応じて、前記電流路の通電状態を遮断又は制限する構成とした。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a battery pack including a plurality of electrically connected unit cells, wherein two or more elongated heat sensitive bodies having resistance wires are included in the unit cells. The electrical resistance value of the resistance wire is input as a control signal to the breaking circuit that is attached to each peripheral surface across the battery and inserted in the current path between the unit cell and the input / output terminal. The interrupting circuit is configured to interrupt or limit the energization state of the current path in accordance with the magnitude of the electric resistance value of the resistance wire indicated by the control signal.

ここで前記感熱体は、第一フィルムと、当該第一フィルムより熱伝導性に優れる第二フィルムとの間に前記抵抗線が介設されてなり、前記素電池に対し、前記第二フィルムを前記素電池側に対向するように配することができる。
また前記抵抗線は各素電池の周面にわたり、蛇行して配設するようにしてもよい。
さらに前記抵抗線は、例えばニッケル材料で構成してもよい。 Here, the thermosensitive body is formed by interposing the resistance wire between a first film and a second film that is more thermally conductive than the first film, and the second film is attached to the unit cell. It can arrange | position so that the said unit cell side may be opposed.
Further, the resistance wire may be arranged meandering over the peripheral surface of each unit cell.
Further, the resistance wire may be made of, for example, a nickel material.

具体的には、前記素電池は円筒型であり、前記パック電池は前記円筒型素電池を並列させてなるものであって、前記感熱体は、前記並列された素電池の各外装缶の周囲に一体的に巻回されている構成とすることができる。   Specifically, the unit cell is a cylindrical type, the pack battery is formed by arranging the cylindrical unit cells in parallel, and the heat sensitive body is provided around each outer can of the parallel unit cells. It can be set as the structure wound by 1 integrally.

本発明では、パック電池に含まれる複数の素電池に対し、少なくとも２個以上の素電池にわたって熱結合するように、共通して感熱体を被着（具体的には巻回など）するように配される。したがって、感熱体が熱結合するように這設された各素電池のいずれが異常温度に達しても、当該被着された素電池全体での異常温度として検知できる構成となっている。   In the present invention, a plurality of unit cells included in the battery pack are commonly attached (specifically, wound or the like) so as to be thermally coupled across at least two unit cells. Arranged. Therefore, even if any of the unit cells installed so that the heat sensitive body is thermally coupled reaches the abnormal temperature, it can be detected as the abnormal temperature of the entire attached unit cell.

また本発明では、感熱体は少なくとも２個以上の素電池に共通して設けられるため、従来の温度素子を各素電池に対して個別に設ける必要がない。このため本発明のパック電池によれば、比較的安価にこれを実現することができるとともに、当該感熱体を設ける際に、不必要に接続回路が複雑化することも防げる。この利点は、感熱体を共有させる素電池の数に比例して大きくなる。   Further, in the present invention, since the heat sensitive body is provided in common to at least two unit cells, it is not necessary to provide a conventional temperature element for each unit cell individually. For this reason, according to the battery pack of the present invention, this can be realized relatively inexpensively, and the connection circuit can be prevented from becoming unnecessarily complicated when the heat sensitive body is provided. This advantage increases in proportion to the number of unit cells sharing the heat sensitive body.

このような感熱体は、具体的には抵抗線としてＮｉ線を用い、これを被覆するように帯状の樹脂フィルムを配設するだけで構成することが可能である。したがって、比較的低コストでありながら、良好な温度管理のもとに安全機構を作動できることとなる。
なお、パック電池内の全ての素電池の温度管理を良好に行うためには、上記理由から、パック内の全ての素電池に共通して熱結合するように感熱体を設けることが望ましい。 Specifically, such a heat sensitive body can be constituted by using a Ni wire as a resistance wire and disposing a belt-shaped resin film so as to cover it. Therefore, the safety mechanism can be operated under good temperature control while being relatively low cost.
In order to satisfactorily control the temperature of all the unit cells in the battery pack, it is desirable to provide a heat sensitive body so as to be thermally coupled to all the unit cells in the pack for the above reasons.

［実施の形態１］
＜パック電池の構成＞
図１は、本実施の形態１のパック電池１の構成を示す図である。 [Embodiment 1]
<Configuration of battery pack>
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery pack 1 according to the first embodiment.

当該パック電池１は、合計６個の素電池２ａ〜２ｆからなるコアパック２、保護回路基板３、接続部材４、感熱体５、入出力線７ａ、７ｂ、コネクタ８等から構成される。
なお、コアパック２および保護回路基板３は、実際にはＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴフィルムや熱収縮フィルム（シュリンクフィルム）で一体的にパックされているが、ここでは内部構成を示すため当該熱収縮フィルムを不図示としている。 The battery pack 1 includes a core pack 2 including a total of six unit cells 2a to 2f, a protection circuit board 3, a connection member 4, a heat sensitive body 5, input / output lines 7a and 7b, a connector 8, and the like.
The core pack 2 and the protection circuit board 3 are actually integrally packed with PP, PE, PET film or heat shrink film (shrink film), but here the heat shrink film is shown to show the internal structure. Is not shown.

コアパック２を構成する素電池２ａ〜２ｆは、直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍの円筒型のリチウムイオン電池であり、１本当りの公称容量１５００ｍＡｈ、出力電圧は３．６Ｖである。コアパック２では、使用する機器に必要な電圧や容量を構成するように、図１に示す如く、素電池２ａ〜２ｆを６本直列または直並列に電気接続することができる。
図１に示すコアパック２では、素電池２ａ〜２ｆは隣接素電池毎に前後逆向きに併設されており、且つ、隣接素電池と、金属材料からなる接続部材４ａ〜４ｅで接続されている。 The unit cells 2a to 2f constituting the core pack 2 are cylindrical lithium ion batteries having a diameter of 18 mm and a length of 65 mm, a nominal capacity of 1500 mAh per battery, and an output voltage of 3.6V. In the core pack 2, as shown in FIG. 1, six unit cells 2a to 2f can be electrically connected in series or in series and parallel so as to configure the voltage and capacity required for the equipment to be used.
In the core pack 2 shown in FIG. 1, the unit cells 2 a to 2 f are provided side by side in the reverse direction for each adjacent unit cell, and are connected to the adjacent unit cell by connection members 4 a to 4 e made of a metal material. .

このうち、素電池２ａの負極および素電池２ｆの正極には、それぞれリード線７ｃ、７ｄが接続されている。そして当該リード線７ｃ、７ｄは保護回路基板３の遮断回路３００を介して、パック電池１の外部入力経路および外部出力経路を兼ねる外部出入力線７ａ、７ｂと接続されている。当該外部出入力線７ａ、７ｂの先端には、外部機器側と接続するための入出力端子であるコネクタ８が取着されている。   Among these, lead wires 7c and 7d are connected to the negative electrode of the unit cell 2a and the positive electrode of the unit cell 2f, respectively. The lead wires 7 c and 7 d are connected to the external input / output lines 7 a and 7 b that also serve as the external input path and the external output path of the battery pack 1 through the cutoff circuit 300 of the protection circuit board 3. A connector 8 which is an input / output terminal for connecting to the external device side is attached to the distal ends of the external input / output lines 7a and 7b.

保護回路基板３は、公知の無機フィラーおよび樹脂組成物を含むコンポジット材料で構成された基板を有する。当該基板上には、素電池２ａ〜２ｆの通電状態、電圧・電流の各値を監視する所定の回路素子等の他、感熱体５の電気抵抗値に基づき作動する後述の遮断回路３００が備えられている。
ここで、本実施の形態１におけるパック電池１では、その特徴として素電池２ａ〜２ｆの各周面にわたり、帯状の感熱体５が巻回されている。当該感熱体５は遮断回路３００と接続されており、この両者の組み合わせにより素電池２ａ〜２ｆの異常温度上昇時において、通電状態を遮断する安全機構が作動する。 The protective circuit board 3 has a board made of a composite material containing a known inorganic filler and a resin composition. On the said board | substrate, the below-mentioned interruption | blocking circuit 300 which act | operates based on the electrical resistance value of the thermal body 5 other than the predetermined circuit element etc. which monitor the energization state of the unit cells 2a-2f and each value of voltage / current is provided. It has been.
Here, in the battery pack 1 according to the first embodiment, as a feature thereof, a belt-like heat sensitive body 5 is wound around each peripheral surface of the unit cells 2a to 2f. The heat sensitive body 5 is connected to the shut-off circuit 300, and a combination of both operates a safety mechanism that shuts off the energized state when the unit cells 2a to 2f rise in abnormal temperature.

なお、ここで言う「周面にわたり巻回」の意味において、各素電池２ａ〜２ｆの各周面を完全に一周して囲繞する必要性はなく、感熱体５をこれら各素電池２ａ〜２ｆに共通して、各周面に接触させつつ全体的に巻回されていればよい。
以下、この感熱体５及び遮断回路３００について具体的に説明する。
＜感熱体の構成について＞
図２は、感熱体５の構成を示す図である。図２（ａ）は感熱体の全体図であり、図２（ｂ）は感熱体の幅方向断面図である。 In this case, in the meaning of “winding over the circumferential surface”, there is no need to completely surround each peripheral surface of each of the unit cells 2a to 2f, and the heat sensitive body 5 is surrounded by each of the unit cells 2a to 2f. In common, it is only necessary that the wire is wound as a whole while making contact with each peripheral surface.
Hereinafter, the heat sensitive body 5 and the cutoff circuit 300 will be described in detail.
<Regarding the structure of the thermal element>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the heat sensitive body 5. 2A is an overall view of the heat sensitive body, and FIG. 2B is a cross-sectional view in the width direction of the heat sensitive body.

当図に示す感熱体５は、素電池２ａ〜２ｆの異常温度を各セル全体で一体的に検知する検知手段として用いられるものであって、図２（ｂ）に示すように、フィルム部材６として帯状の第一フィルム６ａ及び第二フィルム６ｂを互いに対向させ、当該両フィルム６ａ、６ｂの間に抵抗線５０を細かく蛇行させて積層した構成を持つ。
抵抗線５０は、既知の電気抵抗特性及び温度特性を持ち、通電性に優れる金属線であって、ここでは直径０.５ｍｍ程度のニッケル（Ｎｉ）線を用いている。当該抵抗線５０としてはこの他、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ等の金属材料、若しくはこれらを用いた合金材料で構成してもよい。 The heat sensitive body 5 shown in the figure is used as a detecting means for integrally detecting the abnormal temperature of the unit cells 2a to 2f in the whole cell, and as shown in FIG. The first film 6a and the second film 6b in the form of a belt are opposed to each other, and the resistance wire 50 is finely meandered between the two films 6a and 6b.
The resistance wire 50 is a metal wire having known electrical resistance characteristics and temperature characteristics and excellent electrical conductivity. Here, a nickel (Ni) wire having a diameter of about 0.5 mm is used. In addition, the resistance wire 50 may be made of a metal material such as Cu, Cr, Pt, or an alloy material using these materials.

また、抵抗線５０の構成は単線に限らず、複数本の金属線を縒線状に編むか併設し、或いは直列に接続して用いてもよい。抵抗線５０はこれ以外のサイズに設定してもよいが、素電池２ａ〜２ｆとの密着性を得るためにある程度細いことが、当該感熱体５の良好な作動を得る上で望ましいと考えられる。抵抗線５０をフィルム６内で蛇行させる理由は、素電池２ａ〜２ｆに対する熱的接触領域を増やし、温度管理し易くするためであって、この理由から素電池２ａ〜２ｆに対する当該感熱体５の巻回方向と交差する方向に蛇行させることが望ましい。   In addition, the configuration of the resistance wire 50 is not limited to a single wire, and a plurality of metal wires may be knitted or provided side by side or connected in series. The resistance wire 50 may be set to a size other than this, but it is considered desirable to obtain a certain degree of thinness in order to obtain adhesion with the unit cells 2a to 2f in order to obtain a good operation of the heat sensitive body 5. . The reason why the resistance wire 50 meanders in the film 6 is to increase the thermal contact area with respect to the unit cells 2a to 2f and to facilitate temperature control. For this reason, the thermal sensor 5 with respect to the unit cells 2a to 2f It is desirable to meander in a direction crossing the winding direction.

なお、ここで言う「蛇行」とは、狭義のサインカーブ形状に限定されるものではなく、ジグザグ状、ステップ状、或いは直線とサインカーブの組み合わせ形状等、前記巻回方向以外の方向に曲がって抵抗線５０が配設されている形状を含むものとする。
当該抵抗線５０の両端は、保護回路基板３に設けられた後述の遮断回路３００に接続されている。 The term “meandering” as used herein is not limited to a narrowly defined sine curve shape, but is bent in a direction other than the winding direction, such as a zigzag shape, a step shape, or a combination shape of a straight line and a sine curve. The shape including the resistance wire 50 is included.
Both ends of the resistance wire 50 are connected to a later-described blocking circuit 300 provided on the protection circuit board 3.

第一フィルム６ａは、熱伝導率の比較的低いフィルム材料であり、第二フィルム６ｂは、前記第一フィルム６ａよりも熱伝導率の高いフィルム材料で構成されている。
素電池２ａ〜２ｆに対しては、前記第二フィルム６ｂが接触するように配される。この構成によって、感熱体５の感熱域は、その長さ方向のほぼ全域にわたる。
このような異種フィルムの採用によれば、第一フィルム６ａからの放熱を抑え、第二フィルム６ｂを介して素電池２ａ〜２ｆを感度よく温度検知できるようになっている。第一フィルム６ａとしてはＰＥＴ、セラミック系材料等、第二フィルム６ｂとしてはシリコン系材料等がそれぞれ好適である。なお、感熱体５から外部への放熱がそれほど影響を及ぼさない場合は、第一及び第二フィルム６ａ、６ｂを同様の材料で構成してもよい。 The first film 6a is a film material having a relatively low thermal conductivity, and the second film 6b is made of a film material having a higher thermal conductivity than the first film 6a.
It arrange | positions so that said 2nd film 6b may contact with respect to unit cell 2a-2f. With this configuration, the heat sensitive area of the heat sensitive body 5 covers almost the entire area in the length direction.
By adopting such a different film, heat radiation from the first film 6a is suppressed, and the temperature of the unit cells 2a to 2f can be detected with high sensitivity via the second film 6b. As the first film 6a, PET, a ceramic material or the like is suitable, and as the second film 6b, a silicon material or the like is suitable. In addition, when the heat radiation from the heat sensitive body 5 does not influence so much, you may comprise the 1st and 2nd films 6a and 6b with the same material.

抵抗線５０の検知温度範囲は、当該抵抗線５０の既知の電気抵抗特性（温度特性）に基づいて適宜変更可能であるが、本実施の形態１では一例として、電池の一般的な異常温度上昇の下限値を９０±１０℃と考え、後述のＭＰＵ３０１の作動温度として設定されている。
なお、本実施の形態１は素電池２ａ〜２ｆの温度管理を一体的に行う構成であり、抵抗線５０は全素電池２ａ〜２ｆの温度を管理するので、ＭＰＵ３０１には常に素電池２ａ〜２ｆ全体での温度変化として測定値が入力される。ここで素電池２ａ〜２ｆとして二次電池を使用する場合には、通常の駆動でも大電流放電時には６０℃付近にまで温度上昇することがあるので、駆動時の正常な温度上昇において抵抗線５０が誤作動しないように考慮して、これより高い温度範囲を異常温度として感熱体５が検知できるように設定しておく必要がある。すなわち、抵抗線５０における通常の温度範囲における電気抵抗値と、特定の素電池２ａ〜２ｆが異常温度発生したときの電気抵抗値とを区別できるように、それぞれの場合の電気抵抗の熱的変化を予め把握し、これに基づいて前記異常温度上昇の下限値を設定する必要がある。 The detection temperature range of the resistance wire 50 can be appropriately changed based on the known electrical resistance characteristics (temperature characteristics) of the resistance wire 50. In the first embodiment, as an example, a general abnormal temperature rise of the battery Is set as an operating temperature of the MPU 301 described later.
The first embodiment is configured to integrally manage the temperature of the unit cells 2a to 2f, and the resistance wire 50 manages the temperature of all the unit cells 2a to 2f. Therefore, the MPU 301 always includes the unit cells 2a to 2f. A measured value is input as a temperature change in 2f as a whole. Here, when secondary batteries are used as the unit cells 2a to 2f, the temperature may rise to around 60 ° C. even during normal driving and during large current discharge. Therefore, it is necessary to set the temperature range higher than this so that the heat sensitive body 5 can detect the abnormal temperature. That is, the electrical resistance value in each case is differentiated so that the electrical resistance value in the normal temperature range of the resistance wire 50 and the electrical resistance value when the specific unit cells 2a to 2f generate abnormal temperatures can be distinguished. Must be grasped in advance, and based on this, the lower limit value of the abnormal temperature rise must be set.

以上の構成を持つ感熱体５は、全体としてテープ状に形成され、図１に示すように、各素電池２ａ〜２ｆの外周面に熱結合するように密着させつつ、共通して巻回するように配される。このとき、感熱体５自体は粘着剤により素電池２ａ〜２ｆに直接貼着してもよいが、粘着剤は必須ではなく、前記シュリンクフィルム等を用いることにより素電池２ａ〜２ｆに密着固定できればよい。素電池２ａ〜２ｆに対する感熱体５の巻回数は、１回巻き以上が望ましく、感熱体５の全体が各素電池２ａ〜２ｆに対して接触し、且つ適度なテンションを保つように巻回する。しかし、素電池２ａ〜２ｆに対して巻回させず、当該各素電池２ａ〜２ｆの一部の周面に被着させるだけでも、それなりの効果は望める。   The heat-sensitive body 5 having the above configuration is formed in a tape shape as a whole, and is wound in common while being in close contact with the outer peripheral surfaces of the unit cells 2a to 2f as shown in FIG. Arranged. At this time, the heat sensitive body 5 itself may be directly attached to the unit cells 2a to 2f with an adhesive. However, the adhesive is not essential, and can be fixed to the unit cells 2a to 2f by using the shrink film or the like. Good. The number of turns of the heat sensitive body 5 around the unit cells 2a to 2f is preferably one or more turns, and the whole of the heat sensitive body 5 is in contact with each of the unit cells 2a to 2f and is wound so as to maintain an appropriate tension. . However, a reasonable effect can be expected even if the unit cells 2a to 2f are not wound around the unit cells 2a to 2f, but only attached to a part of the peripheral surface of each unit cell 2a to 2f.

次に、感熱体５が接続される遮断回路３００について説明する。
＜遮断回路３００について＞
図３は、感熱体５と、素電池２ａ〜２ｆに接続された遮断回路３００の構成を模式的に示す回路図である。
遮断回路３００は当図に示すように、ＭＰＵ３０１、当該ＭＰＵ３０１への供給電力を調節するためのレギュレータ３０２、分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５、Ｐチャネル型ＦＥＴ素子Ｑ１〜Ｑ５等より構成される。当該遮断回路３００は、各素電池２ａ〜２ｆ（ここではＶ１〜Ｖｎとして表記）とパック電池の電流路として外部入力経路および外部出力経路となる外部出入力線７ａ、７ｂとの間に挿入して接続され、感熱体５の電気抵抗値が変化したときに当該外部出入力経路を遮断するものである。 Next, the interruption circuit 300 to which the heat sensitive body 5 is connected will be described.
<About interruption circuit 300>
FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the heat sensitive body 5 and the cutoff circuit 300 connected to the unit cells 2a to 2f.
As shown in the figure, the cutoff circuit 300 includes an MPU 301, a regulator 302 for adjusting power supplied to the MPU 301, voltage dividing resistors R1 to R5, P-channel FET elements Q1 to Q5, and the like. The interrupting circuit 300 is inserted between each of the unit cells 2a to 2f (indicated here as V1 to Vn) and the external input / output lines 7a and 7b serving as the external input path and the external output path as the current path of the battery pack. And the external input / output path is cut off when the electric resistance value of the heat sensitive body 5 changes.

回路３００の具体的な構成としては、各素電池２ａ〜２ｆ（ここではＶ１〜Ｖｎとして表記）に対し、感熱体（ＴｈｅｒｍｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）を分圧抵抗Ｒ１、ＦＥＴ素子Ｑ５とともに並列接続することができる。
さらに外部出入力線７ａ、７ｂには、コネクタ側との間において図３に示すように、ゲートの向きは同じでソース・ドレインの向きを互いに対称的にして、電流制御するためのＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２及び分圧抵抗Ｒ２〜Ｒ５が配される。当該ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２には、通常は各ゲートにＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４を介して負極性が掛かるので、素電池Ｖ１〜Ｖｎの電力或いは外部供給電力を通すようにＯＮ状態となる。 As a specific configuration of the circuit 300, for each of the unit cells 2a to 2f (indicated here as V1 to Vn), a thermosensitive device can be connected in parallel with the voltage dividing resistor R1 and the FET element Q5.
Further, as shown in FIG. 3, the external I / O lines 7a and 7b have the same gate direction and symmetrical source and drain directions with respect to the connector side, as shown in FIG. , Q2 and voltage dividing resistors R2 to R5 are arranged. Since the FET elements Q1 and Q2 are normally negatively connected to the gates via the FET elements Q3 and Q4, the FET elements Q1 and Q2 are turned on so as to pass the power of the unit cells V1 to Vn or the externally supplied power.

一方、感熱体５と分圧抵抗Ｒ１の間には、これらをいわゆる抵抗分圧回路として、既存の制御用ＩＣ等からなるＭＰＵ３０１が接続され、感熱体５の電気抵抗値を示す制御信号が入力されるようになっている。
なお図３では、分圧抵抗Ｒ１の両端をＭＰＵ３０１に接続し、間接的に抵抗線５０の電気抵抗の変化を測定する例を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、抵抗線５０の両端ＭＰＵ３０１に接続し、直接抵抗線５０の電気抵抗の変化を測定するようにしてもよい。 On the other hand, an MPU 301 composed of an existing control IC or the like is connected between the heat sensitive body 5 and the voltage dividing resistor R1 as a so-called resistance voltage dividing circuit, and a control signal indicating the electric resistance value of the heat sensitive body 5 is input. It has come to be.
3 shows an example in which both ends of the voltage dividing resistor R1 are connected to the MPU 301 and the change in the electric resistance of the resistance wire 50 is indirectly measured. However, the present invention is not limited to this, The change in the electric resistance of the resistance wire 50 may be directly measured by connecting to both ends MPU 301 of the wire 50.

ＭＰＵ３０１の出力側には、前記Ｑ１、Ｑ２と同様に、ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４がゲートの向きを揃えつつ、且つ対称的に外部端子の正極と負極の間に接続される。
当該ＭＰＵ３０１は、感熱体５からの電気抵抗値の変化（本発明では、主として熱的な電気抵抗値の上昇変化を想定している。）を示す測定値である制御信号に基づき、ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４に対して、Ｈｉｇｈ/Ｌｏｗいずれかのデジタル信号を出力するために利用される。ここでは、感熱体５が電池異常温度である９０±１０℃に達した場合に、前記デジタル信号を出力するように設定されている。つまりＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４は、通常はＭＰＵ３０１によりＯＮ状態に保たれているが、ＭＰＵ３０１からのデジタル出力があったときにＯＦＦ状態になるように制御され、これによって当該ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４に接続されたＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２が間接的にＯＦＦ状態に切り替えられる。 On the output side of the MPU 301, similarly to the Q1 and Q2, the FET elements Q3 and Q4 are symmetrically connected between the positive electrode and the negative electrode of the external terminal while aligning the directions of the gates.
The MPU 301 is based on a control signal that is a measurement value indicating a change in the electrical resistance value from the heat sensitive body 5 (in the present invention, it is assumed that the electrical resistance value is increased mainly in the present invention). , Q4 is used to output either a high / low digital signal. Here, it is set to output the digital signal when the thermal element 5 reaches 90 ± 10 ° C., which is an abnormal battery temperature. That is, the FET elements Q3 and Q4 are normally kept in the ON state by the MPU 301, but are controlled to be in the OFF state when there is a digital output from the MPU 301, thereby connecting to the FET elements Q3 and Q4. The FET elements Q1 and Q2 thus switched are indirectly switched to the OFF state.

なおＦＥＴ素子Ｑ１とＱ３、およびＦＥＴ素子Ｑ２とＱ４は、それぞれ充電時、放電時の導通処理に関し、充電制御スイッチ或いは放電制御スイッチのセットとして作動するものである。したがって、当該遮断回路３００を充電時或いは放電時のいずれかのみで作動させるためには、ＦＥＴ素子Ｑ１とＱ３、或いはＦＥＴ素子Ｑ２とＱ４のいずれかのセットのみを配設するようにしてもよい。   The FET elements Q1 and Q3 and the FET elements Q2 and Q4 operate as a set of a charge control switch or a discharge control switch with respect to a conduction process during charging and discharging, respectively. Therefore, in order to operate the interruption circuit 300 only at the time of charging or discharging, only one set of the FET elements Q1 and Q3 or the FET elements Q2 and Q4 may be provided. .

また、ＦＥＴ素子Ｑ５は、異常温度発生を検知した後に、分圧抵抗Ｒ１及び抵抗線５０への通電をカットするために設けられたものであるが、これも本発明に必須の要素ではなく、適宜設けるようにしてもよい。
＜本発明の効果について＞
以上の構成を持つ本実施の形態１のパック電池１によれば、通常、遮断回路３００中のＭＰＵ３０１には、感熱体５の抵抗線５０の電気抵抗値として、通常の抵抗値範囲にある測定値が制御信号として入力されるため、当該ＭＰＵ３０１に接続されたＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４はＯＮ状態に保たれる。これによって、当該ＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４に接続されたＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２も間接的にＯＮ状態になるよう制御されるので、結果として素電池２ａ〜２ｆの入出力線７ａ、７ｂは外部と通電状態に保たれ、素電池２ａ〜２ｆに対して充電あるいは放電が可能に維持される。 Further, the FET element Q5 is provided to cut off the energization to the voltage dividing resistor R1 and the resistance wire 50 after detecting the abnormal temperature occurrence, but this is not an essential element in the present invention. You may make it provide suitably.
<About the effect of the present invention>
According to the battery pack 1 of the first embodiment having the above-described configuration, the MPU 301 in the cutoff circuit 300 normally has a measurement in the normal resistance value range as the electric resistance value of the resistance wire 50 of the heat sensitive body 5. Since the value is input as a control signal, the FET elements Q3 and Q4 connected to the MPU 301 are kept in the ON state. As a result, the FET elements Q1 and Q2 connected to the FET elements Q3 and Q4 are also controlled to be indirectly turned on. As a result, the input / output lines 7a and 7b of the unit cells 2a to 2f are electrically connected to the outside. In this state, the unit cells 2a to 2f are maintained to be charged or discharged.

そして、素電池２ａ〜２ｆの少なくともいずれかに故障が発生し、当該素電池２ａ〜２ｆにおいて異常温度上昇が生じたときは、図３に示すように、感熱体５は当該異常温度の発生した素電池２ａ〜２ｆの領域において電気抵抗の熱的変化を生じる。すなわち、抵抗線５０は高温状態となり、これによって電気抵抗が上昇し、ＭＰＵ３０１に流れる測定値が低下する。   When a failure occurs in at least one of the unit cells 2a to 2f and an abnormal temperature rise occurs in the unit cells 2a to 2f, as shown in FIG. A thermal change in electrical resistance occurs in the region of the unit cells 2a to 2f. That is, the resistance wire 50 is in a high temperature state, which increases the electrical resistance and decreases the measured value flowing through the MPU 301.

このように電気抵抗値の変化が生じ、素電池２ａ〜２ｆが異常温度範囲（ここでは９０±１０℃）に達したことをＭＰＵ３０１が感熱結果として検知すると、ＭＰＵ３０１は、これに接続されたＦＥＴ素子Ｑ３、Ｑ４へ制御信号を送り、これらをＯＦＦ状態へ切り替える。これにより、ＦＥＴ素子Ｑ１、Ｑ２も間接的にＯＦＦ状態に切り替わる。従って、パック電池１が放電時のときはその外部への出力がＱ３により遮断され、またパック電池１が充電時のときはその入力がＱ４により遮断され、安全機構が作動することになる。   When the MPU 301 detects that the unit cell 2a to 2f has reached the abnormal temperature range (90 ± 10 ° C. in this case) as a thermal result as described above, the MPU 301 detects the FET connected thereto Control signals are sent to the elements Q3 and Q4 to switch them to the OFF state. Thereby, the FET elements Q1 and Q2 are also indirectly switched to the OFF state. Therefore, when the battery pack 1 is discharged, the output to the outside is cut off by Q3. When the battery pack 1 is charged, the input is cut off by Q4, and the safety mechanism is activated.

本実施の形態１ではこのような素電池２ａ〜２ｆの異常温度検知と安全作動を行うことにより、各素電池２ａ〜２ｆの配設位置に関係なく、一体的に異常温度上昇を検知することができる。当該異常が発生したときはそれ以上の通電（本実施形態では充電/放電の両方）が遮断されるので、ユーザーに速やかに後処理を行うよう促される。
このように感熱体５は、これが素電池２ａ〜２ｆに対して熱結合するように配設されていれば、当該素電池２ａ〜２ｆの配置位置に関係なく、すべての素電池２ａ〜２ｆに対して異常温度上昇を検知することが可能である。したがって、従来のように局所的に感熱素子を設ける技術や、伝熱体を介して検温する構成に比べて低コストで実現でき、しかも飛躍的に良好な作動が期待できるものである。 In the first embodiment, such abnormal temperature detection and safe operation of the unit cells 2a to 2f are performed to integrally detect an abnormal temperature rise regardless of the arrangement position of the unit cells 2a to 2f. Can do. When the abnormality occurs, further energization (both charging / discharging in this embodiment) is interrupted, and the user is prompted to perform post-processing promptly.
As described above, if the heat sensitive body 5 is disposed so as to be thermally coupled to the unit cells 2a to 2f, the unit 5a to 2f is connected to all the unit cells 2a to 2f regardless of the arrangement position of the unit cells 2a to 2f. On the other hand, it is possible to detect an abnormal temperature rise. Therefore, it can be realized at a lower cost than the conventional technique of locally providing a thermosensitive element or a configuration in which temperature is detected via a heat transfer body, and a drastically good operation can be expected.

＜その他の事項＞
上記実施の形態では、素電池にリチウムイオン蓄電池を用いる構成例を示したが、素電池にはこれ以外の種類、例えばニッケルカドミウム蓄電池や、ニッケル水素蓄電池でもよい。
また、素電池としては二次電池に限定されず、一次電池を用いるようにしてもよい。 <Other matters>
In the said embodiment, although the structural example which uses a lithium ion storage battery for a unit cell was shown, types other than this, for example, a nickel cadmium storage battery, and a nickel hydride storage battery may be sufficient as a unit cell.
The unit cell is not limited to a secondary battery, and a primary battery may be used.

本発明のパック電池において、素電池に二次電池を用いる場合には、充放電時のいずれにおいても電池の異常温度上昇に対応することが望ましいので、遮断回路はできれば入出力線の双方ともに対して（すなわち図３に示す回路構成例のように）も受けるのが望ましいが、当該遮断回路は当該パック電池の出力線（放電用）および入力線（充電用）の少なくともいずれかに設ければよい。   In the battery pack of the present invention, when a secondary battery is used as a unit cell, it is desirable to cope with an abnormal temperature rise of the battery at any time of charging / discharging. (Ie, as in the circuit configuration example shown in FIG. 3). However, if the cutoff circuit is provided on at least one of the output line (for discharging) and the input line (for charging) of the battery pack, Good.

一方、本発明のパック電池の素電池に一次電池を用いる場合は、当然ながら充電は行われないので、遮断回路はパック電池の出力線に挿入して設ければよい。
さらに、素電池の形状も円筒型に限定されず、角形等、他の形状のものに適用してもよい。
なお、感熱体５を上記のように巻回せず、素電池２ａ〜２ｆの少なくとも２個以上に対して熱結合するように接触して這設させるだけでもある程度の効果は得られるが、より本発明の効果を高めるには、上記実施の形態のように、素電池２ａ〜２ｆに巻回して、熱結合による接触領域を広く確保することが望ましい。 On the other hand, when a primary battery is used as the unit cell of the battery pack of the present invention, it is natural that charging is not performed. Therefore, the interruption circuit may be provided by being inserted into the output line of the battery pack.
Furthermore, the shape of the unit cell is not limited to the cylindrical shape, and may be applied to other shapes such as a square shape.
Although the heat sensitive body 5 is not wound as described above, it is possible to obtain a certain degree of effect even if it is provided in contact with and provided so as to be thermally coupled to at least two of the unit cells 2a to 2f. In order to enhance the effect of the invention, it is desirable to wind around the unit cells 2a to 2f and secure a wide contact region by thermal coupling as in the above embodiment.

なお、本発明における抵抗「線」とは、実質的な線状に限るものではなく、複数の素電池にわたって被着又は巻回が可能な程度に、その全体的な形態が長尺状に形成されていればよい。このため、例えば帯状、薄膜状等として構成してもよい。
さらに上記実施の形態１では、素電池２ａ〜２ｆが異常温度を発生した場合にＭＰＵ３０１が通電を遮断する構成を示したが、本発明ではこのように完全に通電状態を遮断せず、通電にかかる電力を、安全性が確保できる一定レベルまで制限する構成としてもよい。このように、ある程度の通電を可能とすることによって、例えば遮断回路３００にＬＥＤ素子を接続しておき、前記異常温度発生時にＭＰＵ３０１が制限された電力を当該ＬＥＤ素子に供給することでこれを発光させ、異常時発生をユーザに知らせるための表示手段となすことが可能である。 In addition, the resistance “wire” in the present invention is not limited to a substantially linear shape, and the overall shape is formed in a long shape to such an extent that it can be attached or wound over a plurality of unit cells. It only has to be done. For this reason, you may comprise, for example as a strip | belt shape, a thin film shape, etc.
Further, in the first embodiment, the configuration in which the MPU 301 cuts off the power supply when the unit cells 2a to 2f generate an abnormal temperature has been described. It is good also as a structure which restrict | limits this electric power to the fixed level which can ensure safety | security. In this way, by enabling energization to some extent, for example, an LED element is connected to the cutoff circuit 300, and when the abnormal temperature occurs, the MPU 301 supplies the limited electric power to the LED element to emit light. It is possible to provide display means for notifying the user of the occurrence of an abnormality.

本発明のパック電池は、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）、また電動工具等の電源として、又はアシスト自転車、ロボット等の大型電池パックとして利用可能であり、特に電池異常温度上昇により使用機器が熱損失するのを効果的に防止するために利用することが可能である。   The battery pack of the present invention can be used as a power source for mobile phones, personal digital assistants (PDAs), electric tools, etc., or as a large battery pack for assist bicycles, robots, etc. It can be used to effectively prevent heat loss.

パック電池の構成図である。It is a block diagram of a battery pack. 感熱体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a heat sensitive body. 遮断回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a cutoff circuit.

符号の説明Explanation of symbols

１ パック電池
２ 素電池
３ 保護回路基板
４ 接続部材
５ 感熱体
６ フィルム部材
６ａ 第一フィルム
６ｂ 第二フィルム
７ａ、７ｂ 外部出入力線
７ｃ、７ｄ リード線
８ コネクタ
５０ 抵抗線
３００ 遮断回路
３０１ ＭＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pack battery 2 Unit cell 3 Protection circuit board 4 Connection member 5 Heat sensitive body 6 Film member 6a 1st film 6b 2nd film 7a, 7b External input / output line 7c, 7d Lead wire 8 Connector 50 Resistance line 300 Cutoff circuit 301 MPU

Claims (5)

電気的に接続された複数の素電池を内蔵するパック電池であって、
抵抗線を有する長尺状の感熱体が、前記素電池の２個以上に跨ってその各周面に被着され、
前記素電池と出入力端子との間の電流路中に挿入された遮断回路に対し、前記抵抗線の電気抵抗値が制御信号として入力されており、
前記遮断回路は、前記制御信号が示す前記抵抗線の電気抵抗値の大きさに応じて、前記電流路の通電状態を遮断又は制限する
構成であることを特徴とするパック電池。 A battery pack incorporating a plurality of electrically connected unit cells,
A long heat-sensitive body having a resistance wire is applied to each peripheral surface across two or more of the unit cells,
The electrical resistance value of the resistance wire is input as a control signal to the interruption circuit inserted in the current path between the unit cell and the input / output terminal,
The battery pack, wherein the interruption circuit is configured to cut off or limit an energization state of the current path according to a magnitude of an electric resistance value of the resistance wire indicated by the control signal. 前記感熱体は、
第一フィルムと、当該第一フィルムより熱伝導性に優れる第二フィルムとの間に前記抵抗線が介設されてなり、
前記素電池に対し、前記第二フィルムが前記素電池側に対向するように配されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。 The heat sensitive body is:
The resistance wire is interposed between the first film and the second film that has better thermal conductivity than the first film,
The battery pack according to claim 1, wherein the second film is disposed so as to face the unit cell side with respect to the unit cell. 前記抵抗線は各素電池の周面にわたり、蛇行して配設されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパック電池。 3. The battery pack according to claim 1, wherein the resistance wire is arranged in a meandering manner around a peripheral surface of each unit cell. 前記抵抗線は、ニッケル材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパック電池。 The said resistance wire is comprised with the nickel material. The battery pack in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記素電池は円筒型であり、前記パック電池は前記円筒型素電池を並列させてなるものであって、
前記感熱体は、前記並列された素電池の各外装缶の周囲に一体的に巻回されている
構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパック電池。 The unit cell is a cylindrical type, and the pack battery is formed by arranging the cylindrical unit cells in parallel,
The battery pack according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat sensitive body is integrally wound around each outer can of the parallel unit cells.
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